随着5G、大数据、物联网、人工智能等新信息技术的到来,越来越多的信息通过网络传输与保存。由于非法监控、暴力破解等导致的信息泄露事件频繁发生,信息安全问题得到了政府、企业等机构越来越多的重视。无源光接入网（Passive Optical Network,PON）是通信物理层数据传输重要组成部分,下行信号传输为广播模式,其传输的数据容易遭受非法用户的窃听和攻击。为了提高PON数据传输的安全性,因此基于物理层PON的数据传输安全技术被越来越多的学者提出并研究。物理层安全通信技术主要分为以下几种:量子加密、混沌激光通信、微波光子混沌通信、数字混沌数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）安全技术等。量子通信、微波光子混沌通信、混沌激光器通信都对设备有额外的要求,工业化应用技术难度高。鉴于此,数字混沌DSP安全技术对设备硬件无要求,方便操作处理等优点,被诸多学者进行深入的研究。与此同时,由于正交频分复用无源光接入网（Orthogonal Frequency Division Multiplexing-PON,OFDM-PON）具有抗光纤色散、多径干扰等优点,是光接入网技术的优秀备选信号之一。数字混沌与OFDM-PON技术的结合,既保证数据传输的安全,同时也能提高系统的传输性能,将是未来光通信安全的核心技术之一。本论文在国家自然基金（编号:62071088,61571092）的资助下,对基于OFDM-PON的物理层安全增强技术进行研究。本论文的主要工作和创新点如下:（1）研究了基于三维布朗运动混沌的加密方案。此技术在传统的二维平面布朗运动加密技术的基础上,额外增加一个维度形成三维系统,使得新的布朗运动混沌系统具有更复杂的运动轨迹。三维布朗运动混沌扰乱系统能直接对一个三维空间进行加密,这样可以解决立体空间数据信号加密的问题。结合三维布朗运动加密技术,对OFDM信号进行打包处理,在保证安全性的同时,降低了操作延时。此外在提出此技术的同时,发现不同的打包规则会引起峰均功率比（Peak To Average Power Ratio,PAPR）的性能改变。结合PAPR,提出了一种用于均衡系统操作延时和BER性能的均衡算法,这对下一代通信系统实现高安全性、低BER、低延时传输提供了参考思路。（2）提出了一种采用二维逻辑调整正弦图（2-Dimensional Logistic Adjusted Sine Map,2D-LASM）的动态加密最优块状划分方法来降低OFDM-PON中的PAPR和提高安全性的密钥分配技术。将一帧OFDM信号视为一个符号矩阵,通过计算矩阵长度和宽度的所有除数,任意长度和宽度的每个约数组合可以将矩阵划分为多个子块。用四维超混沌系统生成2D-LASM的密码本,从密码本中为2D-LASM分配了不同的动态密钥组,以对不同的块划分情况进行加密。不同的加密约数划分可以获得不同的PAPR值,通过计算出PAPR的最小值(VPAPR)获得最佳划分情况。处理时间随着每个块中QAM符号数量的增加而减少。PAPR下降能提升系统传输BER性能。另外,采用两种超线程技术算法来降低加密方法的操作时延,处理效率分别提高了38.6%和50%。（3）提出了混沌DNA扩展码的加密技术。此技术改进了传统的混沌DNA编码技术,每个碱基由2比特增加到了3比特。在这种3比特的DNA扩展码加密过程中,重新设计了编码的映射规则以及基于DNA扩展码的加法规则。DNA扩展码与传统的DNA编码对比,编码规则更多,可控性更大,并且由于每次编码的码数更多,传输相同的二进制序列需要的操作更少。同时,将光用户（Optical Network Unit,ONU）上行传输的数据作为加密密钥的一部分,这样系统的安全就不完全依赖于混沌系统和加密算法,从而提高了加密系统的安全性。所以,本论文提出的混沌DNA扩展码可以实现降低计算复杂度并提高安全性的作用。（4）提出了一种混沌压缩感知加密算法,旨在压缩传输的数据并提高数据传输的安全性。由于传输比特流在时域和频域都不具有稀疏性,因此压缩感知技术在物理层数据传输过程中不能直接使用,然而在传输多媒体时可以构造传输数据的稀疏性,并使用传感器来识别数据是否为多媒体。如果是,则使用压缩感知技术压缩数据,并将传感器的结果设置为边信息,将其插入导频序列并同时发送至ONU;如果不是,则将传输的比特数据直接发送。对于加密处理过程,使用二维逻辑正弦耦合图（2-Dimensional Logistic Sine Coupling Map,2D-LSCM）生成伪随机数,以构造测量矩阵的第一行来对系统进行加密,然后应用四种变换格式来生成传输数据的稀疏性。由于物理层中数据传输条件的限制,选择离散余弦变换来实现压缩感知技术。最后,“舍弃小数+设置负数为0”被设置为最优算法。此外,还提出了四种近似算法来优化压缩位长度的性能。这种混沌压缩感知加密技术与OFDM-PON系统的结合,节省了带宽并提高了安全性。